CN108008261B - 一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，包括冲击电压发生器、波头电阻、波头电感、波尾电阻、切换开关和冲击电压测控系统；冲击电压发生器的高压端分别与波尾电阻的一端及波头电阻的一端相连接，波尾电阻的另一端接地，波头电阻的另一端分别与波头电感的一端及切换开关的一端相连接，波头电感的另一端与切换开关的另一端相连接形成输出端；冲击电压测控系统，用于控制冲击电压发生器的充电与触发。本发明既可产生雷电冲击电压，又可产生振荡雷电冲击电压；只需切换试验回路元件，即可实现雷电冲击电压和振荡雷电冲击电压的交互产生，操作便捷，且设备造价较低。
Description
技术领域
本发明属于冲击电压产生技术领域，尤其涉及一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置。
背景技术
变电站现场GIS(气体绝缘金属封闭开关设备)交接验收时，除需要进行交流耐压试验，还需要采用雷电冲击或振荡雷电冲击作为辅助电压，对设备的绝缘特性进行检测。例如，对GIS母线和绝缘子进行现场绝缘特性检测。
现有技术中，雷电冲击电压和振荡雷电冲击电压需要采用两套试验装置分别独立产生；在现场进行交接验收试验或在实验室进行绝缘特性对比研究时，也需要搭建两套试验装置，普遍存在试验工作量大，试验程序复杂，设备造价高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，以解决上述存在的技术问题。本发明既可产生雷电冲击电压，又可产生振荡雷电冲击电压；只需切换试验回路元件，即可实现雷电冲击电压和振荡雷电冲击电压的交互产生，操作便捷。本发明的试验装置，可进行变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验，可减少试验工作量和试验程序，且设备造价较低。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，包括冲击电压发生器、波头电阻、波头电感、波尾电阻、切换开关和冲击电压测控系统；冲击电压发生器的高压端分别与波尾电阻的一端及波头电阻的一端相连接，波尾电阻的另一端接地，波头电阻的另一端分别与波头电感的一端及切换开关的一端相连接，波头电感的另一端与切换开关的另一端相连接形成输出端；冲击电压测控系统，用于控制冲击电压发生器的充电与触发。
进一步的，冲击电压发生器包括若干串联的电容器-开关-电容器的单元；一个电容器-开关-电容器的单元包括两个脉冲电容器和一个三电极场畸变气体火花开关；其中，一个脉冲电容器的一端与三电极场畸变气体火花开关的一端相连接，三电极场畸变气体火花开关的另一端与另一个脉冲电容器的一端相连接。
进一步的，若干串联的电容器-开关-电容器的单元在冲击电压发生器的外壳的内部采用紧凑式直线布置；冲击电压发生器的外壳内充有0.3-0.4MPa的SF6气体。
进一步的，每个电容器-开关-电容器的单元组中的两个脉冲电容器之间设置有绝缘隔板。
进一步的，冲击电压测控系统包括冲击电压充电控制系统和冲击电压触发控制系统；冲击电压充电控制系统采用正负加压、双边充电的方式，对冲击电压发生器进行充电，充电电压通过调压器能够在0～100kV范围内连续调节；冲击电压触发控制系统输出0～150kV的纳秒脉冲电压，通过触发冲击电压发生器的前三级的三电极场畸变气体火花开关，实现冲击电压发生器的同步输出；冲击电压触发控制系统通过触发脉冲输出电缆和隔离电阻与与冲击电压发生器的前三级的三电极场畸变气体火花开关的触发极相连接，第一级、第二级、第三级的触发电阻逐级增大，分别为5kΩ、10kΩ、15kΩ。
进一步的，还包括冲击分压器；所述的冲击分压器的高压端与所述输出端相连接；所述的冲击电压测控系统还包括冲击电压测量系统，所述的冲击电压测量系统通过测量电缆与冲击分压器的低压端相连接，测量电缆为波阻抗50Ω的双屏蔽同轴电缆；
所述的冲击分压器为弱阻尼电容分压器。
进一步的，还包括移动装置；所述移动装置为移动式平板车；波尾电阻、冲击电压发生器和冲击分压器设置于不同移动式平板车上。
进一步的，波头电阻为双线对绕方式制成的无感电阻，电阻丝选用镍铬丝；切换开关为SF6绝缘的气体火花开关。
进一步的，还包括GIS试品；GIS试品包括GIS出线套管和GIS母线，所述输出端通过架空高压引线与GIS出线套管相连接。
进一步的，当切换开关闭合时，波头电感被短接，输出端输出雷电冲击电压；当开关断开时，波头电感串入试验回路，输出端输出振荡雷电冲击电压。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
本发明的雷电冲击与振荡雷电冲击电压的交互产生装置既可产生雷电冲击电压，又可产生振荡雷电冲击电压；只需调节切换开关，即可实现雷电冲击电压和振荡雷电冲击电压的交互产生，操作便捷；与现有试验设备相比输出波形更好，成本更低。本发明闭合切换开关可产生雷电冲击电压，断开切换开关可产生振荡雷电冲击电压。
进一步的，通过将低电感系列脉冲电容器和三电极场畸变气体火花开关组成紧凑型、一体化的电容器-开关-电容器单元组，以电容器-开关-电容器单元组为单位串联形成冲击电压发生器，可降低总电感量，可保证在大容量负载下冲击电压波头不超标。
进一步的，电容器-开关-电容器单元组在冲击电压发生器圆柱筒内采用紧凑式直线布置，可大大缩小设备体积和回路电感。
进一步的，通过在每个电容器-开关-电容器的单元组中的两个低电感系列脉冲电容器之间设置绝缘隔板，可防止两支电容器之间距离过近发生绝缘击穿；绝缘隔板采用环氧树脂材料制成，其厚度由电容器-开关-电容器的单元组中的两个低电感系列脉冲电容器的充电电压大小决定，一般选择1cm厚即可。
进一步的，冲击分压器用来测量装置输出的雷电冲击电压和振荡雷电冲击电压；测量电缆选择波阻抗50Ω的双屏蔽同轴电缆，冲击电压测量系统与冲击分压器的低压端相连接，可实现输出雷电冲击和振荡雷电冲击电压的准确测量；冲击分压器采用弱阻尼电容分压器，其高度和分压比大小由装置输出冲击电压幅值大小决定。
进一步的，还设置有移动式平板车；冲击电压发生器、波尾电阻或者冲击分压器固定安装于移动式平板车上，可在变电站内实现试验装置的快速、灵活移动，提高效率。
进一步的，切换开关为SF6绝缘的气体火花开关，其绝缘强度可满足装置输出振荡雷电冲击电压时切换开关不被击穿。
进一步的，冲击电压发生器为SF6气体绝缘冲击电压发生器，冲击电压发生器内填充有0.3-0.4MPa的SF6气体，采用SF6气体作为绝缘介质，替代了传统的油绝缘介质，可减小冲击电压发生器的尺寸和重量，同时可提高冲击电压发生器的绝缘强度。
本发明的雷电冲击与振荡雷电冲击电压的试验装置，可进行变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验，可减少试验工作量和试验程序，且设备造价较低。本发明的雷电冲击与振荡雷电冲击电压的试验装置，可用于现场GIS交接验收试验，完成国家标准推荐的GIS雷电冲击或振荡雷电冲击耐压试验。冲击电压发生器采用SF6绝缘，可缩小设备体积和重量，减小试验回路总电感，可解决大容量负载GIS设备冲击耐压试验波头时间超标的问题。通过简单调节切换开关元件，可灵活的实现设备输出雷电冲击和振荡雷电冲击电压，与现有试验设备相比输出波形更好，成本更低。
附图说明
图1是本发明的一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置的整体结构示意图；
在图1中：波尾电阻1；冲击电压发生器2；脉冲电容器2-1；三电极场畸变气体火花开关2-2；绝缘隔板2-3；波头电阻3-1；切换开关3-2；波头电感3-3；冲击分压器4；冲击电压测控系统5；冲击电压充电控制系统5-1；冲击电压触发控制系统5-2；冲击电压测量系统5-3；GIS出线套管6-1；GIS母线6-2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。
参考图1，本发明的一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，包括电压交互产生装置和GIS试品；电压交互产生装置包括冲击电压发生器2、波头电阻3-1、波头电感3-3、波尾电阻3-1、切换开关3-2、冲击电压测控系统5、冲击分压器4和移动装置。
冲击电压发生器2为SF6气体绝缘冲击电压发生器，冲击电压发生器2的外壳为圆柱筒形，冲击电压发生器2的外壳内填充有0.3-0.4MPa的SF6气体。冲击电压发生器2的底部设置有移动装置，移动装置为移动式平板车。冲击电压发生器2的高压端分别与波尾电阻1的一端及波头电阻3-1的一端相连接，波尾电阻1的另一端接地，波头电阻3-1的另一端分别与波头电感3-3的一端及切换开关3-2的一端相连接，波头电感3-3的另一端与切换开关3-2的另一端相连接形成整个电压交互产生装置的输出端。
冲击电压发生器2包括若干低电感系列脉冲电容器2-1和若干三电极场畸变气体火花开关2-2；一个低电感系列脉冲电容器2-1的一端与一个三电极场畸变气体火花开关2-2的一端相连接，所述三电极场畸变气体火花开关2-2的另一端与另一个低电感系列脉冲电容器2-1的一端相连接，形成一个电容器-开关-电容器的单元组。若干个电容器-开关-电容器的单元组在冲击电压发生器2的外壳的内部采用紧凑式直线布置。每个电容器-开关-电容器的单元组中的两个低电感系列脉冲电容器2-1之间设置有绝缘隔板2-3；绝缘隔板2-3由环氧树脂材料制成，绝缘隔板2-3的厚度为1cm。
冲击电压测控系统5包括冲击电压充电控制系统5-1、冲击电压触发控制系统5-2和冲击电压测量系统5-3。冲击电压充电控制系统5-1与冲击电压发生器2相连接，冲击电压触发控制系统5-2与冲击电压发生器2的电极场畸变气体火花开关2-2相连接。冲击电压充电控制系统5-1采用正负加压、双边充电的方式，对冲击电压发生器2的脉冲电容器2-1进行充电，充电电压通过调压器在0～100kV范围内连续调节，充电电缆采用直流耐压150kV的双屏蔽高压电缆；冲击电压触发控制系统5-2输出0～150kV的纳秒脉冲电压，通过触发冲击电压发生器2的前三级的三电极场畸变气体火花开关2-2，实现冲击电压发生器2的同步输出；冲击电压触发控制系统5-2通过触发脉冲输出电缆和隔离电阻与冲击电压发生器2的前三级的三电极场畸变气体火花开关2-2的触发极相连接，第一级、第二级、第三级的触发电阻逐级增大，分别为5kΩ、10kΩ、15kΩ。
冲击分压器4的高压端与整个电压交互产生装置的输出端相连接；冲击电压测量系统5-3与冲击分压器4的低压端相连接，测量电缆为波阻抗50Ω的双屏蔽同轴电缆；冲击分压器4为弱阻尼电容分压器，其高度和分压比大小由本发明装置输出的冲击电压幅值大小决定；冲击分压器4底部设置有移动装置，移动装置为移动式平板车。
波尾电阻1的底部设置有移动装置，移动装置为移动式平板车；波头电阻3-1为双线对绕方式制成的无感电阻，电阻丝选用镍铬丝；切换开关3-2为SF6绝缘的气体火花开关，其绝缘强度应满足装置输出振荡雷电冲击电压时切换开关3-2不被击穿。
GIS试品包括GIS出线套管6-1和GIS母线6-2，电压交互产生装置的输出端通过架空高压引线与GIS出线套管6-1相连接。
在实际应用中，冲击分压器4的高压端一般可以通过架空高压引线连接GIS出线套管6-1，从而实现对被测GIS母线6-2的检测。
本发明采用SF6气体作为冲击电压发生器2的绝缘介质，与传统的油绝缘和空气绝缘介质相比，增大了绝缘强度，同时大大缩小了设备体积和重量。其中，波尾电阻1的阻值大小由冲击电压发生器2电容、GIS试品电容和冲击电压波尾时间大小决定。
工作原理：
当切换开关3-2闭合时，波头电感3-3被短接，本发明的装置输出雷电冲击电压；当开关3-2断开时，波头电感3-3串入试验回路，本发明的装置可输出振荡雷电冲击电压。通过调节切换开关3-2，可快速实现本发明的装置输出雷电冲击或振荡雷电冲击电压。
依据变电站现场被试GIS母线长度和电容量，可优选地采用雷电冲击或振荡雷电冲击进行试验，保证雷电冲击电压波前时间小于8μs，振荡雷电冲击电压波前时间小于15μs，满足国家标准的要求。
一种变电站现场进行GIS绝缘特性检测的方法，包括以下步骤：1)将本发明的试验装置与现场GIS对接；2)调节步骤1)中的试验装置的输出电压至GIS现场冲击试验电压的额定值；3)检测GIS接地线上的脉冲电流波形和电压测量单元上的电压波形，综合判断该GIS的绝缘特性，即其内部是否出现击穿放电。
下面为实际应用实施例：
实施例1
在实际应用中，参考图1，雷电冲击与振荡雷电冲击电压的试验装置包括：3MV SF6气体绝缘冲击电压发生器、100Ω波头电阻、1kΩ波尾电阻、波头电感、SF6绝缘切换开关、3MV冲击分压器和GIS试品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，其特征在于，包括冲击电压发生器(2)、波头电阻(3-1)、波头电感(3-3)、波尾电阻(1)、切换开关(3-2)和冲击电压测控系统(5)；
冲击电压发生器(2)的高压端分别与波尾电阻(1)的一端及波头电阻(3-1)的一端相连接，波尾电阻(1)的另一端接地，波头电阻(3-1)的另一端分别与波头电感(3-3)的一端及切换开关(3-2)的一端相连接，波头电感(3-3)的另一端与切换开关(3-2)的另一端相连接形成输出端；
冲击电压测控系统(5)，用于控制冲击电压发生器(2)的充电与触发；
冲击电压发生器(2)包括若干串联的电容器-开关-电容器的单元；
一个电容器-开关-电容器的单元包括两个脉冲电容器和一个三电极场畸变气体火花开关(2-2)；其中，一个脉冲电容器的一端与三电极场畸变气体火花开关(2-2)的一端相连接，三电极场畸变气体火花开关(2-2)的另一端与另一个脉冲电容器的一端相连接；
若干串联的电容器-开关-电容器的单元在冲击电压发生器(2)的外壳的内部采用紧凑式直线布置；冲击电压发生器(2)的外壳内充有0.3-0.4MPa的SF6气体；
每个电容器-开关-电容器的单元组中的两个脉冲电容器之间设置有绝缘隔板(2-3)。
2.根据权利要求1所述的一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，其特征在于，冲击电压测控系统(5)包括冲击电压充电控制系统(5-1)和冲击电压触发控制系统(5-2)；
冲击电压充电控制系统(5-1)采用正负加压、双边充电的方式，对冲击电压发生器(2)进行充电，充电电压通过调压器能够在0～100kV范围内连续调节；
冲击电压触发控制系统(5-2)输出0～150kV的纳秒脉冲电压，通过触发冲击电压发生器(2)的前三级的三电极场畸变气体火花开关(2-2)，实现冲击电压发生器(2)的同步输出；
冲击电压触发控制系统(5-2)通过触发脉冲输出电缆和隔离电阻与与冲击电压发生器(2)的前三级的三电极场畸变气体火花开关(2-2)的触发极相连接，第一级、第二级、第三级的触发电阻逐级增大，分别为5kΩ、10kΩ、15kΩ。
3.根据权利要求1所述的一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，其特征在于，还包括冲击分压器(4)；
所述的冲击分压器(4)的高压端与所述输出端相连接；
所述的冲击电压测控系统(5)还包括冲击电压测量系统(5-3)，所述的冲击电压测量系统(5-3)通过测量电缆与冲击分压器(4)的低压端相连接，测量电缆为波阻抗50Ω的双屏蔽同轴电缆；
所述的冲击分压器(4)为弱阻尼电容分压器。
4.根据权利要求3所述的一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，其特征在于，还包括移动装置；所述移动装置为移动式平板车；波尾电阻(1)、冲击电压发生器(2)和冲击分压器(4)设置于不同移动式平板车上。
5.根据权利要求1所述的一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，其特征在于，波头电阻(3-1)为双线对绕方式制成的无感电阻，电阻丝选用镍铬丝；
切换开关(3-2)为SF6绝缘的气体火花开关。
6.根据权利要求1所述的一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，其特征在于，还包括GIS试品；GIS试品包括GIS出线套管(6-1)和GIS母线(6-2)，所述输出端通过架空高压引线与GIS出线套管(6-1)相连接。
7.根据权利要求1所述的一种变电站现场雷电冲击与振荡雷电冲击电压试验装置，其特征在于，当切换开关(3-2)闭合时，波头电感(3-3)被短接，输出端输出雷电冲击电压；当切换开关(3-2)断开时，波头电感(3-3)串入试验回路，输出端输出振荡雷电冲击电压。
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